Международная команда исследователей с участием химиков из НИУ ВШЭ и ИНЭОС РАН разработала новый метод получения производных анилина — соединений, которые применяют при изготовлении лекарств, красителей и материалов для электроники. Вместо токсичных и дорогих реагентов они предложили использовать тетрагидрофуран, который можно получать из возобновляемого сырья, а реакцию проводили в присутствии доступных солей кобальта и синтез-газа. Такой подход уменьшает количество опасных отходов и делает производство проще и экологичнее.
Исследование опубликовано в журнале ChemSusChem. Анилины — это соединения, в которых атом азота связан с ароматическим кольцом. Такое строение делает молекулу устойчивой и при этом удобной для модификаций: реакции возможны как по атому азота, так и в ароматическом кольце, при этом основной каркас сохраняется. Благодаря этому из базовой структуры получают множество производных с разными характеристиками — от обезболивающих и противоотечных средств до красителей, полимеров и материалов для электроники.
Обычно производные анилина получают с помощью алкилгалогенидов — реагентов, у которых к углеродной цепочке присоединены атомы хлора или брома. Такой способ работает надежно, но связан с рядом проблем: алкилгалогениды дороги, токсичны и оставляют отходы, которые нужно утилизировать. К тому же такие вещества разъедают металл промышленных реакторов и трубопроводов, из-за чего оборудование быстрее выходит из строя.
Ученые Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН и Высшей школы экономики предложили новый метод синтеза производных анилина. Вместо алкилгалогенидов они использовали тетрагидрофуран (ТГФ) — распространенный растворитель, который обычно создает среду для реакции и сам в ней не участвует. В новом методе ТГФ выступал как реагент: кольцо его молекулы раскрывалось, образуя промежуточное соединение, которое реагировало с анилином, и в результате получались N-алкиланилины.
Реакцию запускали соли кобальта — более доступного и дешевого металла по сравнению с благородными, которые часто используют в качестве катализаторов. Дополнительно ученые использовали синтез-газ — смесь водорода и монооксида углерода. В промышленности его применяют, например, для производства топлива и метанола, а здесь он помогал запускать нужные превращения и заменил более опасные реагенты. Благодаря такому набору условий исследователи получили целевые вещества с хорошей эффективностью.
«Метод оказался универсальным. В зависимости от условий реакции можно получать соединения как с одной углеродной цепочкой, так и с двумя. Это важно, потому что варианты могут применяться в разных сферах», — рассказывает доцент базовой кафедры элементоорганической химии Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН Евгения Подъячева.
Более того, исследователям удалось синтезировать соединение, которое используется для производства тетракаина, известного местного анестетика. Таким образом, метод подходит не только для лабораторных экспериментов, но и для фармацевтических производств.
«Мы показали, что привычный растворитель может стать ценным реагентом. Использование ТГФ, который можно получать из биомассы, делает процесс устойчивым и менее зависимым от невозобновляемых ресурсов. Кроме того, метод снижает количество отходов и позволяет исключить токсичные реагенты. В будущем он может быть расширен для синтеза других производных анилина, востребованных в медицине, материаловедении и электронике», — рассказывает профессор базовой кафедры элементоорганической химии Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН факультета химии НИУ ВШЭ Денис Чусов.